Leggi della dinamica
Sistemi di riferimento inerziali
Abbiamo visto nella precedente sezione che il primo principio della dinamica prende anche il nome di principio d'inerzia. Pertanto, un sistema di riferimento nel quale vale il primo principio della dinamica prende il nome di sistema di riferimento inerziale. Vogliamo chiarire fin d'ora come non tutti i sistemi di riferimento siano inerziali. Ad esempio, se consideriamo come inerziale un sistema di riferimento con origine nel baricentro del Sole, avremo che non sono inerziali tutti i sistemi di riferimento in moto accelerato rispetto al Sole. La Terra stessa, che ruota attorno al Sole, è sottoposta a un'accelerazione centripeta e non può essere considerata a rigore un sistema inerziale. Tuttavia, per lo studio della maggior parte dei fenomeni fisici che ci interessano, possiamo trascurare le accelerazioni dovute ai moti di rivoluzione e rotazione della Terra e considerare la Terra come un sistema di riferimento inerziale.
Se prendiamo la Terra come sistema di riferimento inerziale, possiamo dire che il principio d'inerzia non vale nei sistemi in accelerazione rispetto alla Terra. Un esempio utile è quello di un uomo con i pattini ai piedi, posto su un treno in movimento. Finchè il treno mantiene costante la sua velocità rispetto alla Terra, la forza totale che agisce sull'uomo è zero perché la forza-peso è bilanciata dalla reazione vincolare e l'uomo è fermo rispetto al treno. Quindi finché il treno si muove di moto rettilineo uniforme rispetto alla Terra, sul treno continua a valere il principio d'inerzia.
La situazione cambia drasticamente quando il treno comincia a frenare, ossia subisce una decelerazione. Infatti, anche se la forza-peso continua a essere bilanciata dalla reazione vincolare, l'uomo sul treno si sposta in avanti e il principio d'inerzia non è più valido, a meno di non introdurre una forza, detta forza apparente, che spinge in avanti l'uomo.
La descrizione del moto dell'uomo cambia invece nel sistema di riferimento inerziale della Terra. Infatti, quando il treno comincia a frenare, concludiamo che l'uomo, non essendo sottoposto ad alcuna forza, tende per inerzia a mantenere la velocità che il treno aveva prima della frenata. Quindi sulla Terra continua a valere il primo principio della dinamica mentre sul treno il primo principio vale solo finché la sua velocità è costante. Quando il treno invece comincia ad accelerare o decelerare il primo principio della dinamica non è più valido e dobbiamo introdurre delle forze apparenti per descrivere la dinamica. Un ascensore in moto accelerato diretto verso il basso è un altro esempio di sistema di riferimento non inerziale e infatti su tale ascensore si percepisce una forza apparente, diretta verso l'alto. Analogamente non è un sistema di riferimento inerziale un'auto in curva, sulla quale la forza apparente che percepiamo è la forza centrifuga, diretta verso l'esterno della curva.
Un treno in moto rettilineo uniforme rispetto alla Terra è invece un sistema di riferimento inerziale al pari della Terra. In base al principio di relatività galileiana, il principio d'inerzia e tutte le altre leggi della dinamica rimangono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali e ognuno di tali sistemi può essere pertanto utilizzato equivalentemente per descrivere il moto oggetto di studio.
